Proceso de Reciclaje

Las baterías de iones de litio son una solución para el almacenamiento de energía en dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos, lo que lleva a una mayor demanda de materias primas. Desarrollar procesos de reciclaje sostenibles es crucial para mitigar el impacto de los fabricantes de baterías.

El valor y la huella de carbono de las baterías están profundamente influenciados por las materias primas utilizadas en su producción. Los riesgos geopolíticos en la cadena de suministro de estos materiales amenazan la capacidad de producción y la estabilidad económica de los fabricantes locales.

Autobús eléctrico estacionado. Starofmystore.com (2023)

En particular, las baterías de iones de litio, ampliamente utilizadas en vehículos eléctricos, dependen de minerales específicos como litio, cobalto, níquel y elementos de tierras raras. Estos minerales están geográficamente concentrados, lo que plantea riesgos geopolíticos. Cualquier interrupción en la cadena de suministro, como inestabilidad política, disputas comerciales o restricciones a la exportación, puede afectar significativamente la disponibilidad y el costo de estos materiales.

Mascota del Curso. PEM Motion (2023)

En consecuencia, estos riesgos geopolíticos asociados con la cadena de suministro de materias primas representan una amenaza para la estabilidad general y la capacidad de producción de la industria de baterías. Gestionar estos riesgos se vuelve crucial para asegurar un suministro de baterías fiable y sostenible para diversas aplicaciones.

Para abordar estos desafíos, algunas empresas están comercializando nuevas tecnologías para el reciclaje de baterías. El primer paso en el proceso de reciclaje implica la recolección, descarga y desmantelamiento de baterías usadas, donde la optimización de la logística de almacenamiento, los costos de transporte y el consumo de energía son consideraciones importantes.

Procesos de Reciclaje

El reciclaje de baterías es un proceso complejo y selectivo que exige altas tasas de recuperación de materiales escasos, al tiempo que gestiona de manera efectiva los componentes peligrosos. Con baterías que varían en tamaño, forma y composiciones químicas, los recicladores enfrentan una presión creciente para optimizar sus procesos, asegurando flexibilidad para adaptarse y mantener la sostenibilidad financiera.

Además, hay factores adicionales que aumentan los desafíos para los recicladores de baterías. Estos incluyen el creciente consumo de baterías, la diversidad de las químicas de las baterías, las regulaciones sobre recuperación de recursos y medio ambiente, y los avances tecnológicos. La combinación de estos factores ejerce una presión adicional sobre los recicladores, lo que exige una optimización de los procesos, flexibilidad y sostenibilidad financiera. Los recicladores deben satisfacer la creciente demanda de reciclaje de baterías, cumplir con las regulaciones y navegar de manera efectiva por el panorama en evolución de la tecnología y las químicas de las baterías.

En el proceso de reciclaje, la batería pasa por una serie de pasos, transformándola en componentes más simples. Dependiendo de la química de la batería y del proceso elegido, el reciclaje puede requerir varios pasos, incluidos transformaciones físicas, mecánicas y químicas.

Estos procesos de reciclado pueden clasificarse como sigue.

• Reciclaje Pirometalúrgico.
• Reciclaje Hidrometalúrgico.
• Reciclaje Mecánico/Físico.

Dependiendo de los pasos a seguir, los sistemas de reciclaje de baterías pueden devolver algunos de los materiales recuperados de las baterías, devolver materiales en una forma que elimina pasos en la cadena de suministro de baterías, y devolver materiales en una forma lista para el uso inmediato en electrodos y electrolitos. En general, la cadena de suministro de baterías involucra etapas como la extracción de materias primas, refinación, fabricación de componentes, ensamblaje y distribución. Al simplificar el proceso, el reciclaje de baterías elimina la necesidad de procesamiento extensivo o la adquisición de nuevas materias primas, haciendo un uso más eficiente de los materiales recuperados.

Click para expandir. Tipos de reciclaje. PEM Motion (2023)

Reciclaje Pirometalúrgico

Los sistemas de reciclaje pirometalúrgico utilizan hornos de alta temperatura en los que se introducen las baterías. En el caso de baterías grandes (como las usadas en vehículos eléctricos), en algunos casos es necesario desmontarlas del paquete previamente. Los componentes químicos (por ejemplo, cobre, cobalto, níquel, hierro) se reducen a metales fundidos que se recogen como aleaciones al final del proceso. La aleación sólida suele enviarse a refinerías de metales para un procesamiento y reciclaje adicionales. Se produce escoria de horno, que consiste en cenizas de los componentes quemados y contiene principalmente litio, aluminio, silicio, calcio y algunos compuestos de hierro. Este proceso pirometalúrgico se considera una tecnología madura para el reciclaje de baterías, ya que una de sus ventajas es reciclar todos los químicos de la batería simultáneamente.

El proceso pirometalúrgico utilizado en el reciclaje de baterías ha mostrado tasas de recuperación impresionantes para materiales específicos. En promedio, puede recuperar y reciclar aproximadamente del 80% al 95% de los materiales iniciales presentes en las baterías.

Cabe destacar que las tasas de recuperación exactas pueden variar según factores como el tipo de batería, la composición del material y la eficiencia de la instalación de reciclaje. Algunos materiales pueden requerir pasos adicionales de refinamiento o procesamiento antes de su reutilización, y ciertos componentes pueden ser más difíciles de recuperar de manera efectiva.

En general, el proceso pirometalúrgico ha demostrado ser una tecnología madura y efectiva para el reciclaje de baterías. Desempeña un papel crucial en la conservación de recursos al reducir significativamente la dependencia de nuevas materias primas y promover un enfoque de economía circular.

Autobús eléctrico en una parada de autobús en Brasil. Experts Mission Beio Horizonte Brazil (2019)

Reciclaje Hidrometalúrgico

La hidrometalurgia utiliza ácidos para disolver los componentes metálicos de las baterías en un proceso conocido como lixiviación. Las baterías se desmontan para facilitar la disolución, y las celdas se fragmentan mediante trituración. Una vez que los metales están en solución, pueden ser necesarios varios pasos de extracción con disolventes, precipitación química y/o electrólisis para separar los elementos constituyentes. El principal inconveniente de los procesos hidrometalúrgicos es la dificultad de tratar diferentes químicas y tipos de baterías. Cada secuencia de reciclaje debe ser optimizada para una química de batería específica para asegurar una alta recuperación y una rentabilidad favorable.

El proceso hidrometalúrgico utilizado en el reciclaje de baterías ha demostrado tasas de recuperación significativas para materiales específicos. En promedio, puede recuperar y reciclar aproximadamente entre el 70% y el 90% de los materiales iniciales presentes en las baterías. Al igual que el proceso pirometalúrgico, las tasas de recuperación precisas pueden variar dependiendo de factores como el tipo de batería, la composición del material y la eficiencia de la instalación de reciclaje. El proceso hidrometalúrgico implica el uso de soluciones químicas para disolver y separar diferentes componentes de la batería, lo que permite la recuperación de metales valiosos y otros materiales.

Es importante reconocer que no todos los materiales pueden ser completamente reciclados y reutilizados a través del proceso hidrometalúrgico, ya que algunos componentes pueden presentar limitaciones o requerir procesamiento adicional para su reutilización. No obstante, el reciclaje hidrometalúrgico sigue siendo un enfoque significativo y efectivo para recuperar materiales valiosos de las baterías mientras se reduce la demanda de nuevos recursos.

Reciclaje Mecánico/Físico

Consiste en el desmantelamiento manual y/o automatizado de la batería, recuperando componentes críticos en su estado original (por ejemplo, electrodos, cables, carcasa). Algunas partes recuperadas pueden ser utilizadas directamente para fabricar nuevas baterías, mientras que otros componentes (por ejemplo, cables) pueden ser reciclados utilizando los sistemas pirometalúrgicos o hidrometalúrgicos habituales. El proceso mecánico/físico aún está en desarrollo, y su efectividad aún no ha sido comprobada, pero proporciona componentes que pueden ser reutilizados inmediatamente en nuevas baterías. Este proceso se utiliza únicamente en proyectos piloto, ya que todo lo que se puede recuperar de las baterías podría volverse obsoleto.

Los componentes recuperados de las baterías pueden volverse obsoletos o incompatibles con los avances futuros en la tecnología de baterías. A medida que la composición, estructura y especificaciones de las baterías cambian con el tiempo, algunos de los componentes recuperados pueden perder relevancia o adecuación para su uso en sistemas de baterías más nuevos.

Aunque existe el potencial de obsolescencia, no es seguro. La efectividad y aplicabilidad de los componentes recuperados dependen de los desarrollos en curso y los cambios en la tecnología de baterías. Esto subraya la importancia de la innovación continua y adaptación en los procesos de reciclaje para asegurar que los materiales recuperados sigan siendo valiosos y utilizables en el futuro para investigación y adaptación para garantizar que los procesos de reciclaje se alineen con los requisitos en evolución de las nuevas tecnologías de baterías.

Autobús eléctrico con guirnaldas en la India. Karntankacom (2019)

El proceso mecánico/físico está actualmente en fase de perfeccionamiento y optimización a través de esfuerzos continuos de investigación y desarrollo. El objetivo principal es mejorar la recuperación y reutilización de materiales a su máximo potencial. La efectividad de este proceso depende de los avances en tecnología y de la capacidad para extraer componentes valiosos con mayor eficiencia.

Investigadores y profesionales de la industria están trabajando activamente para mejorar el proceso mecánico/físico, explorando técnicas y tecnologías innovadoras para aumentar las tasas de recuperación de materiales y promover una mayor circularidad en el reciclaje de baterías. A través de avances continuos y optimización, se anticipa que el proceso mecánico/físico se vuelva cada vez más efectivo en la recuperación y reutilización de materiales de las baterías.

Conclusión

Con estos procesos identificados como necesarios para el reciclaje de baterías, dos maduros y el otro en fase piloto, se ha podido reconocer que todos los componentes obtenidos podrían ser introducidos directamente en la producción de nuevas baterías, reduciendo así el costo y la complejidad de su fabricación.

Es esencial reconocer que el proceso de reciclaje mecánico/físico supera a los pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos en términos de materiales recuperados. Sin embargo, este proceso es muy nuevo y solo algunos recicladores lo utilizan.

Por lo tanto, es crucial contar con instalaciones y procesos de reciclaje adecuados para garantizar un reciclaje de baterías eficiente y respetuoso con el medio ambiente. Veamos en el siguiente paso los materiales que se recuperan en el proceso de reciclaje.

Referencias

• Neumann, et al.(2022) Wiley Online Library. Recuperado de: Link
• Transport & Environment (2019) Batteries on wheels: the role of battery electric cars in the EU power system and beyond Recuperado de: Link